本报通讯员 丁书洪 栾长河
“转炉炼钢是一个极其复杂的化学反应过程，平时根本看不见、摸不着，有了问题也是靠经验、靠猜。现在有了这套数字孪生系统，我们就可以通过它来全面剖析炼钢全过程，找到制约我们降低成本、提升质量的根本原因。”2月24日，山钢股份莱芜分公司炼钢厂炼钢二车间主任张伟对笔者介绍说。
张伟提到的数字孪生系统全称是“转炉三维数字孪生可视化系统”，是由该炼钢厂联合山钢研究院、山信软件共同研发的前沿新系统，可将三维可视化和数字孪生技术进行融合应用，为打造炼钢智能化行业亮点，进一步破解冶金“黑箱”作业、“模糊”控制与“虚拟”制造等钢铁流程共性技术瓶颈难题提供了有效实践和系统解决方案。
2007年，该炼钢厂引进达涅利副枪系统，并以副枪设备为基础，自主开发以无人干预冶炼工艺为核心的智能化技术，实现人工智能与冶炼模型的有效结合，全程无干预智能化冶炼比例达到95%以上。2019年，该炼钢厂新增上炉气分析智能炼钢项目，以激光气体分析仪为基础，结合现场辅助检测手段，建立转炉炉气分析终点操作控制模型和相关配套软件，实现转炉冶炼过程动态控制与终点预报，提高了转炉操作水平和终点控制精度。2019年，该炼钢厂与山信软件联合开发并投用的高效、多功能智能出钢二级控制系统，实现了“模型”与“控制”的功能分离，可根据转炉冶炼终点的不同状况自动判定、自动修正，保证最优的出钢控制，减少了出钢过程中安全与质量的隐患，属国内首创。近几年，该炼钢厂通过对转炉炼钢智能控制技术各功能模块的融合集成，以及L1、L2、L3等多级系统间的协同交互，实现了从下枪吹炼到过程控制，再到终点停吹、摇炉出钢、挡渣、溅渣等转炉冶炼全过程操作的智能化控制，使冶炼过程的物料摄入、能源介质消耗更加精准，钢水质量得到大幅提升，取得较好的经济和社会效益。
但是，随着智能化程度不断升级，目前全过程智能炼钢在冶炼过程、设备运行等方面存在可视化欠缺，造成二级控制平台应用展示效果差、人机互动关键数据不能便捷共享等难题，该炼钢厂急需构建基于物理实体和实际数据的三维数字孪生可视化平台。
“钢铁生产是多工序、长流程的制造行业，随着智能化水平提升，集中控制、全封闭管理已经成为发展趋势，但国内对于钢铁生产控制过程可视化的研究较少，普遍缺乏相应的展示平台。转炉三维数字孪生可视化项目能够搭建转炉工序过程控制可视化平台，通过冶炼过程和设备运行状态的在线、实时、动态展示，可以实现各级工艺和设备数据共享，既而达到资源协同、生产效率提升的目标。”该炼钢厂党委副书记、经理王键说。
“转炉数字孪生技术，简单说就是通过数字技术把工艺过程拷贝成影像，通过影像进行实时反馈，使工艺过程透明化，方便进行过程追溯。”该炼钢厂生产技术室主任宁伟介绍说，这项技术为实现转炉冶炼过程精准控制提供了有效的可视化平台，同时为进一步挖掘过程数据提供了强有力的集成平台，更为后续转炉生产管控工艺控制、质量追溯提供了全新的系统架构。
转炉三维数字孪生可视化系统以智能控制模型为核心，依托可靠的副枪、机器视觉、红外测量、声呐信号等监测系统完成数据采集，并利用新一代信息技术，在虚拟空间中生成集对象、模型及数据于一体的转炉仿真模型，与真实空间中的转炉实体（高清摄像）完全对应一致。通过多维动态数字映射、信息输出、模拟数据等，该系统能洞察和呈现转炉实体的实时状态，为现场人员提供实时、直观、可量化作业环境。
王键表示，以数字孪生技术为代表，该炼钢厂扎实推进《智慧炼钢创建纲要》，以文化全部做实、运维全部集中、生产全部智能、操作全部替代、质检全部在线、风险全部预警“六个全部”为目标，争创全国最优秀的智慧钢厂。“炼钢厂将继续举全厂之力、集众人之智，全力打造以生产智能协同、管理科学高效、指标行业领先、环境绿色友好、员工素质一流、企业幸福和谐为基本特征的智慧炼钢体系，为建设数智山钢，推动企业做强做优钢铁产业，实现高质量发展注入更加强劲的动力。”王键说。
《中国冶金报》（2022年3月1日 04版四版）
